Un ghid cuprinzător pentru materialele de imprimare 3D

Tehnologia de imprimare 3D a revoluționat fabricarea și designul de produse în ultimii ani. Cunoscută și sub denumirea de fabricație aditivă, imprimarea 3D construiește obiecte strat cu strat folosind materiale precum materiale plastice, metale, ceramică și compozite. Pe măsură ce capacitățile Hardware-ul și materialele pentru imprimarea 3D continuă să avanseze, tot mai multe industrii adoptă această tehnologie. Însă, având în vedere numărul mare de mașini și opțiuni de materiale disponibile acum, acest lucru poate deveni copleșitor pentru începători. Acest ghid își propune să ofere o prezentare generală cuprinzătoare a tehnologiilor și materialelor comune de imprimare 3D.

Tipuri de tehnologii de imprimare 3D și materiale preferate

Există mai multe metode pentru fuzionarea materialelor în timpul procesului de stratificare în imprimarea 3D:

• Modelare prin depunere topită (FDM) Imprimantele extrudează filamente termoplastice încălzite printr-o duză pe placa de construcție. Materialele plastice ABS și PLA sunt utilizate în mod obișnuit.
• Stereolitografie (SLA) solidifică rășina lichidă în plastic întărit folosind un fascicul laser ultraviolet direcționat de oglinzi de scanare. Rășinile sunt formulate pentru vâscozitate scăzută și timpi de întărire rapizi.
• Sinterizare selectivă cu laser (SLS) Sinterizează pulberi fine de plastic, ceramică sau metal împreună cu un laser de mare putere. Nu sunt necesare structuri de susținere și se pot produce caracteristici interne complexe.
• D.direct M.etal L.aser S.interviu (DMLS) este o tehnologie similară cu pat de pulbere, concepută special pentru prelucrarea aliajelor metalice de înaltă rezistență.

Alte metode, precum imprimarea cu jet de material și imprimarea cu jet de liant, permit imprimarea în culori complete sau pot utiliza aliaje metalice exotice. Posibilitățile continuă să se extindă pe măsură ce tehnologiile și materialele de imprimare 3D avansează.

Materiale plastice în imprimarea 3D

Inginerii de materiale continuă să dezvolte capacitățile termoplasticelor pentru imprimarea FDM. Iată câteva filamente avansate capabile să imprime produse finale durabile:

• ASA (acrilat de acrilonitril stiren)oferă rezistență UV apropiată de cea a ABS-ului, împreună cu rezistență la intemperii.
• PC (policarbonat)produce componente din plastic super-rezistente, capabile să înlocuiască în unele cazuri piesele metalice prelucrate. Cu toate acestea, cunoștințele despre imprimare sunt esențiale pentru o bună aderență între straturi.
• Filamente TPU (poliuretan termoplastic) și TPE flexibilepermit imprimări asemănătoare cauciucului cu o flexibilitate excepțională pentru aplicații precum dispozitive portabile sau mânere personalizate.
• PEEK (polieteretercetonă)rezistă la substanțe chimice agresive și proceduri de sterilizare, ceea ce îl face potrivit pentru fabricarea de dispozitive medicale și instrumente științifice. Cu toate acestea, prețul exorbitant de mare al filamentului PEEK limitează sever adoptarea în afara industriilor.

Imprimare 3D a metalelor

Până de curând, metalele erau exclusiv domeniul imprimantelor industriale SLS sau DMLS scumpe din sectoarele aerospațial și medical. Oțelul inoxidabil, titanul, nichelul și aliajele de aluminiu sunt utilizate în mod obișnuit. Imprimantele 3D metalice mai mici, concepute pentru ateliere, universități și studiouri de design, extind acum accesul datorită costurilor hardware mai mici. Majoritatea utilizează depunerea de metal legat pentru a extruda filamente compozite care conțin până la 70% conținut de pulbere metalică.

1. Oțel inoxidabil – Rezistență ridicată și rezistență la coroziune

Imprimarea oțelului inoxidabil Oferă o stabilitate dimensională excepțională pentru piesele care sunt utilizate în exterior sau expuse la substanțe chimice. Aderența straturilor de metal legat permite chiar și imprimarea de punți sau console fără suporturi.Piesele pot fi prelucrate, filetate și lustruite după sinterizare pentru a obține proprietăți asemănătoare oțelului inoxidabil fabricat tradițional.

2. Titan – Extrem de ușor și rezistent

Industriile aerospațiale lucrează frecvent cu aliaje de titan datorită raporturilor rezistență-greutate care depășesc aluminiul. Imprimare 3D a unor piese complexe din titan Într-o singură piesă, se evită îmbinările sudate care slăbesc structurile de titan prelucrate mecanic. Prețurile ridicate ale pulberii de titan rămân o barieră în afara industriilor precum sporturile cu motor care caută componente metalice ușoare.

3. Aluminiu – un metal alternativ accesibil

Aluminiul se bucură de o utilizare pe scară largă datorită greutății sale reduse și rezistenței la coroziune. Imprimarea 3D a metalelor face posibilă consolidarea pieselor personalizate din aluminiu, construite ca ansambluri în trecut. Prototipurile de scule, componentele robotice și modelele de proiectare beneficiază de... aluminiu imprimat 3DPe măsură ce costurile imprimantelor scad în continuare, întreprinderile mici pot profita de fabricarea rapidă a sculelor din aluminiu fără a depinde de furnizori externi.

Imprimare 3D din ceramică și materiale exotice

Ceramica tehnică fabricată din alumină, zirconiu și carbură de siliciu necesită temperaturi extrem de ridicate și unelte de precizie pentru a fi prelucrată eficient. Piese precum rotoarele ceramice ale pompelor și sistemele de ghidare a rachetelor erau anterior imposibil de produs în afara turnătoriilor specializate. Imprimarea 3D elimină aceste bariere prin tehnologiile cu pat de pulbere care sinterizează componente ceramice complexe.

În plus, posibilitățile se extind dincolo de ceramica. Pe măsură ce tot mai multe cercetări investighează utilizarea pulberilor metalice și ceramice cu jet de lianți, chiar și materiale rare și prețioase precum argintul sau aurul pot fi imprimate 3D. Tehnologia ar putea facilita implanturi medicale personalizate sau electronice care integrează urme conductive imprimate din pastă reală de cupru sau grafen. Abia începem să explorăm potențialul de acoperire. Ceramică imprimată 3D, sticlă și materiale exotice.

Materiale compozite și imprimare 3D

În timp ce materialele plastice, metalele și ceramica rămân materialele convenționale utilizate în fabricație, compozitele care combină polimerii cu alte tipuri de armături oferă caracteristici mecanice superioare, imposibil de obținut prin metode convenționale.

1. Compozite din fibră de carbon imprimate 3D

Imprimare FDM cu filament din fibră de carbon umple piesele cu un polimer ușor și rigid. Filamentele rigide necesită duze din oțel călit pentru a imprima componente rezistente la abraziune, mai puternice decât nailonul și aluminiul, care se apropie de acesta. Aplicațiile variază de la cadre personalizate pentru quadcoptere până la piese auto de înaltă performanță.

2. Compozite umplute cu metal și lemn

Modelarea prin depunere topită combină cu ușurință materialele plastice standard ABS și PLA cu pulberi metalice sau pastă de lemn pentru a modifica proprietățile estetice, termice și funcționale. Imprimeurile infuzate cu alamă, cupru și bronz seamănă vizual cu metalul prelucrat, păstrând în același timp greutatea mai mică a materialelor plastice. Lamentul umplut cu lemn surprinde chiar și modele realiste de fibrare pentru prototipuri de mobilier.

Cum să alegi materialele ideale pentru imprimarea 3D

Având în vedere multitudinea de mașini și materiale disponibile acum pentru fiecare aplicație și buget, adaptarea corectă a tehnologiei de imprimare la obiectivele de design și cerințele de materiale necesită cercetare și luarea în considerare a acestor factori cheie:

• Funcționalitatea piesei - Va fi supusă unor sarcini sau unor condiții de mediu dure?
• Precizie dimensională și precizie de imprimare necesare
• Proprietăți mecanice precum rigiditatea, rezistența la uzură sau limitele de temperatură
• Costuri materiale - Filamentele exotice pot avea prețuri premium
• Ușurință în post-procesare - Suporturile de imprimare ale unor materiale sunt mai ușor de îndepărtat
• Modelul și specificațiile imprimantei 3D - Capacitățile materialelor variază.

O comparație a materialelor populare de imprimare 3D folosind caracteristicile cheie

Material	Proprietăți	Parametri de imprimare	Cost
PLA	Rezistență medie, flexibilitate scăzută, durabilitate moderată	180-230°C	Scăzut
ABS	Puternic, moderat flexibil, foarte durabil	210-250°C	Mediu
PETG	Puternic și flexibil, durabilitate ridicată	230-260°C	Mediu
TPU	Rezistență medie, flexibilitate foarte mare, durabilitate moderată	220-250°C	Mediu-Înalt
Nailon	Rezistență și flexibilitate ridicate, durabilitate excelentă	240-260°C	Ridicat
ARUNCA O PRIVIRE	Extrem de puternic, flexibilitate minimă, durabilitate foarte mare	360-400°C	Foarte ridicat
Răşină	Rezistența și durabilitatea variază în funcție de tip, nu este flexibil, întărit cu UV	N/A	Ridicat

Acumularea de experiență rămâne crucială înainte de a încerca construcții complexe. Inovațiile constante în materie de materiale oferă, de asemenea, imprimantelor 3D mai multe capacități în fiecare an. Referirea la date cantitative, cum ar fi fișele de securitate sau cele tehnice, ajută inginerii și proiectanții atunci când selectează și califică materialul optim pentru fiecare aplicație.

Post-procesarea obiectelor imprimate 3D

O imprimare proaspătă, direct de pe platforma de fabricație, rareori satisface cerințele imediat după deschidere. Diverse procese de finisare îmbunătățesc rezistența, estetica și funcționalitatea:

• Îndepărtarea structurilor de susținere– Îndepărtați suporturile sau dizolvați-le în băi chimice.
• Șlefuire și pilire– Neteziește treptele superficiale dintre straturile vizibile în imprimări.
• Amorsare și vopsire– În special imprimeurile SLA necesită netezire, sigilare și vopsire pentru a ascunde etapele straturilor de imprimare dezvăluite după șlefuire.
• Îmbinarea pieselor- Lipiți componentele folosind solvenți, așchii epoxidice sau îmbinări de sudură MABS.
• Imprimeuri metalice– Necesită cicluri de deliantare și sinterizare pentru arderea polimerilor și topirea pulberilor în metale solide.

Viitorul materialelor de imprimare 3D

Imprimarea 3D continuă să se extindă de la nișa de prototipare rapidă la fabricarea de piese finale în diverse industrii. Cu economii de scară, costuri mai mici ale imprimantelor și o gamă mai largă de materiale, un viitor al producției complet distribuite și la cerere este plauzibil. Însă adevărata sustenabilitate depinde de remodelarea lanțurilor de aprovizionare pentru a conserva resursele pe măsură ce tehnologiile avansează.

Descoperiri în bioplastice regenerabile și chimie verde poate reduce la minimum deșeurile și consumul de energie în timpul sintezei materialelor pentru imprimantele 3D. Reciclabilitatea necesită, de asemenea, o mai mare atenție în timpul formulării de noi compozite sau polimeri tehnici. Cu eforturi de colaborare între companii, cercetători și autorități de reglementare, imprimarea 3D ar putea oferi acces echitabil și ecologic la bunuri fabricate la nivel global.

Aperitivul la pachet

Pe măsură ce imprimantele și materialele avansează pentru a oferi o precizie, o rezistență și o funcționalitate sporite la costuri mai mici, posibilitățile sunt nelimitate. Având cunoștințe despre metodele fundamentale, materialele și tehnicile de post-procesare abordate aici, inginerii pot utiliza imprimarea 3D pentru a imagina designuri de produse și afaceri complet noi. Menținerea unor practici responsabile și sustenabile pe măsură ce imprimarea 3D se răspândește în continuare va asigura că tehnologia se dezvoltă către un viitor echitabil și prosper la nivel mondial.

Citeşte mai mult

• Software popular de feliere pentru imprimare 3D
• Imprimantele 3D QIDI primesc recenzii entuziaste
• Cele mai bune site-uri web cu modele 3D din 2023 -- Creând posibilități infinite